【正文】 sended to the single chip microputer. By wireless transmission module, nRF24l01 sends the data to the receiving end. After receiving the data, the receiving end of the nRF24l01 sends it to the single chip microputer for data processing. This article briefly introduces the AT89S52, AD590, nRF24l01, AD7896, AD623, wireless transmission module and liquid crystal module basis and introduces in detail the choice of the scheme about this system, as well as the wireless temperature measurement system hardware and software design process.Keywords: AT89S52。發(fā)送端的溫度傳感器 AD590 采集到的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后送給單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)無(wú)線傳輸模塊 nRF24L01 將數(shù)據(jù)發(fā)送到接收端，接收端的 nRF24L01 接收到數(shù)據(jù)后送給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。摘 要溫度作為工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最常見(jiàn)的和最基本的參數(shù)之一，我們常常需要對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)控，利用微型機(jī)進(jìn)行溫度的采集處理，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及實(shí)時(shí)控制等來(lái)提高工作效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于 AT89S52 的高精度短距離無(wú)線傳輸?shù)臏囟葴y(cè)量系統(tǒng)。文章在簡(jiǎn)要介紹 AT89S5AD590、nRF24L01 無(wú)線傳輸模塊、AD789AD623 以及液晶模塊的基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)方案的選擇，以及無(wú)線溫度測(cè)量系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程。temperature measurement。nRF24l01。伴隨著工業(yè)農(nóng)業(yè)中應(yīng)用的科技飛速發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中溫度的測(cè)量需求也越來(lái)越多，也顯得越來(lái)越重要。進(jìn)入 21 世紀(jì)后，特別在我國(guó)加入 WTO 后，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品面臨巨大挑戰(zhàn)。例如在商業(yè)中紡織行業(yè)，溫濕度是影響紡織品質(zhì)量的重要因素，但紡織企業(yè)對(duì)溫濕度的測(cè)控手段仍很粗糙，十分落后，很多仍在使用測(cè)溫貼片，采用人工觀測(cè)，人工調(diào)節(jié)閥門(mén)、風(fēng)機(jī)的方法，其控制效果可想而知。在農(nóng)業(yè)中隨著農(nóng)業(yè)向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，許多農(nóng)民意識(shí)到必需擺脫落后的傳統(tǒng)耕作、養(yǎng)殖方式，采用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)來(lái)應(yīng)付進(jìn)口農(nóng)產(chǎn)品的挑戰(zhàn)，并打進(jìn)國(guó)外市場(chǎng)。調(diào)溫冷庫(kù)的大量興建都給溫濕度測(cè)控技術(shù)提供了廣闊的市場(chǎng)。 國(guó)內(nèi)外研究狀況及相關(guān)領(lǐng)域中已有的研究成果溫度是表征物體冷熱程度的物理量,它與人類(lèi)生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究有著密切關(guān)系。在溫度測(cè)量方面各國(guó)均取得了許多可喜的成果,其中前蘇聯(lián)的壓電石英頻率溫度計(jì)分辨能力可達(dá) ℃，理論上可達(dá) ℃，而且在40℃~230℃范圍內(nèi)具有溫度與頻率的線性特性，日本利用所謂石英溫度頻率轉(zhuǎn)換器80℃~200℃的溫度范圍 ,最大分辨率達(dá) ℃，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)局研制的電阻溫度計(jì) 25歐標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)電橋分辨 ℃，我國(guó)生產(chǎn)的石英溫度傳感器分辨率達(dá)到 ℃，誤差在 ℃以?xún)?nèi)。溫度的測(cè)量方式也多種多樣，傳統(tǒng)的熱電偶以測(cè)量方便，電路簡(jiǎn)單，使用方便等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用在現(xiàn)在的測(cè)溫領(lǐng)域中。測(cè)量技術(shù)有：利用薄膜溫度傳感器；熱電偶材料性能的提高；溫度傳感器保護(hù)套管材料；輻射測(cè)溫技術(shù)；光纖測(cè)溫技術(shù)。同時(shí)，還要不斷探索新的溫度測(cè)量方法，改進(jìn)原有測(cè)量技術(shù)，以滿(mǎn)足各種條件下的溫度測(cè)量需求。 信號(hào)采集與放大模塊 溫度傳感器的選擇方案一：由于傳感器 DS18B20 價(jià)格便宜，硬件簡(jiǎn)單，傳感器直接輸出數(shù)字信號(hào)，便于控制，并且 DS18B20 可以采用單總線傳輸，一根總線能掛載多個(gè)傳感器，易于擴(kuò)展。C，對(duì)于溫度要求很?chē)?yán)格的應(yīng)用領(lǐng)域不大適合，本系統(tǒng)的測(cè)溫精度為 176。方案二：于是考慮采用了高精度溫度傳感器 AD590， AD590 不但實(shí)現(xiàn)了溫度的電量測(cè)量，而且靈敏度高、反應(yīng)時(shí)間短，因此可作為恒溫控制電路的信號(hào)檢測(cè)器。從上述兩個(gè)方案的對(duì)比看出 DS18B20 無(wú)法滿(mǎn)足系統(tǒng)指標(biāo)，我們采用 AD590作為溫度傳感器。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。2mV，最大達(dá)到了177。并且噪聲大，抗干擾性不強(qiáng)。它允許使用單個(gè)增益設(shè)置電阻進(jìn)行增益編程，以得到更好的靈活性。增益放大倍數(shù)可調(diào)，使用簡(jiǎn)單。從上述兩個(gè)方案對(duì)比我們采用 AD623 專(zhuān)用儀表放大器作為整個(gè)系統(tǒng)的放大器。其內(nèi)部有一個(gè) 8 通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通 8 路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。單電源+5V 供電，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100μs(時(shí)鐘為 640kHz 時(shí))，130μs（時(shí)鐘為 500kHz 時(shí)）低功耗，約 15mW，成本低廉。而系統(tǒng)對(duì)溫度精度的要求是 ℃，而對(duì)于 ADC0809 而言每變化 信號(hào)電壓的變化必須大于 AD 的分辨率 5V/255 =，要使用一個(gè)電壓分辨率為 的模數(shù)轉(zhuǎn)換器去分辨電壓變化為5mV 的模擬信號(hào)，很明顯 AD 是分辨不出來(lái)的。那我們可以通過(guò)計(jì)算，我們需要選擇至少多少位的 AD 芯片如果選擇 10 位的 AD 芯片，那么他的分辨率就為 5V/（2 101）= 滿(mǎn)足要求，所以必須采用不小于 10 位的 AD。從上述兩個(gè)方案對(duì)比由于 ADC0809 無(wú)法滿(mǎn)足系統(tǒng)要求的精度，我們采用AD7896 為系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。此芯片價(jià)格便宜、操作簡(jiǎn)便，低功耗，比較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。此芯片內(nèi)置 ADC 和 SPI 總線接口，且內(nèi)部時(shí)鐘不分頻，可達(dá)到1MPS。從性能和價(jià)格上綜合考慮我們選擇方案一，即用 AT89S52 作為本系統(tǒng)的主控芯片。方案二：采用 TI 公司 CC2430 無(wú)線通信模塊，此模塊采用 Zigbee 總線模式，傳輸速率可達(dá) 250kbps，且內(nèi)部集成高性能 8051 內(nèi)核。方案三：采用 NRF24L01 無(wú)線射頻模塊進(jìn)行通信，NRF24L01 是一款高速低功耗的無(wú)線通信模塊?？紤]到系統(tǒng)的復(fù)雜性和程序的復(fù)雜度，我們采用方案三作為本系統(tǒng)的通信模塊。12864 是一款通用的液晶顯示屏，能夠顯示多數(shù)常用的漢字及 ASCII 碼，而且能夠繪制圖片，描點(diǎn)畫(huà)線，設(shè)計(jì)成比較理想的結(jié)果。綜合以上方案，我們選擇了經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的字符液晶 LCD1602 來(lái)作為接收端的顯示。 本章小結(jié)本章主要是對(duì)文章編寫(xiě)目的、背景、國(guó)內(nèi)外在測(cè)溫領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，根據(jù)系統(tǒng)要求詳細(xì)介紹了系統(tǒng)方案的選擇。將整個(gè)系統(tǒng)劃分為信號(hào)采集與放大模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)模塊、無(wú)線發(fā)射模塊、液晶顯示模塊、電源模塊。信號(hào)采集放大模塊模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊單片機(jī)模塊無(wú)線發(fā)射模塊單片機(jī)模塊無(wú)線接收模塊顯示模塊顯示模塊 圖 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖在系統(tǒng)總體框圖中，信號(hào)采集與放大模塊主要作用是溫度傳感器 AD590 采集溫度信號(hào)輸出電流信號(hào)，再經(jīng)過(guò)一個(gè)電阻后采集信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。發(fā)送端單片機(jī)主要完成控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器 AD7896，并且將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成溫度值，并且為提高精度，減小系統(tǒng)誤差，做了一些數(shù)據(jù)處理，除此之外，單片機(jī)還負(fù)責(zé)控制LCD1602 顯示溫度，控制無(wú)線發(fā)射模塊將測(cè)量的溫度值發(fā)送出去。 單片機(jī)模塊 AT89S52 簡(jiǎn)介AT89S52[1]是 ATMEL 生產(chǎn)的一種低功耗、高性能 CMOS 8 位微型控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。按功能劃分 AT89S52[2]由中央處理器（CPU）, 8k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM） ，32 個(gè)外部雙向輸入/ 輸出（I/O）口， 5 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 2 層中斷嵌套中斷，2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè) 全雙工串行通信口，片內(nèi)特殊功能寄存器（SFR ）,看門(mén)狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。圖 單片機(jī)管腳圖VCC：AT89S52 [4]電源正端輸入，接+5V。XTAL1：?jiǎn)涡酒到y(tǒng)時(shí)鐘的反向放大器輸入端。RESET：復(fù)位信號(hào)輸入端。單片機(jī)復(fù)位能解決單片機(jī)內(nèi)部寄存器的初始化以及單片機(jī)出現(xiàn)程序“跑飛”的現(xiàn)象。如果要訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE 輸出負(fù)跳變作為低 8 位地址鎖存信號(hào)。在對(duì)片內(nèi) EPROM 型單片機(jī)編程時(shí)，此引腳作為編程脈沖輸入端。當(dāng) EA 端為高時(shí)單片機(jī)訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，在 PC 值超過(guò) 0X1FFFH 時(shí)，單片機(jī)將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。PSEN：PSEN 為程序存儲(chǔ)器允許輸出控制端。PORT0（―）：端口 0 是一個(gè) 8 位寬的漏極開(kāi)路雙向輸出入端口。PO 口是漏極開(kāi)路，當(dāng)作為普通 I/0 口時(shí)必須接上拉電阻。PORT1(―)：端口 1 也是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng) 4 個(gè) LS TTL 負(fù)載，若將端口 1 的輸出設(shè)為高電平，使是由此端口來(lái)輸入數(shù)據(jù)。P2 除了當(dāng)做一般 I/O 端口使用外，若是在 AT89S52擴(kuò)充外接程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，也提供地址總線的高字節(jié) A8―A15 ，這個(gè)時(shí)候 P2 便不能當(dāng)做 I/O 來(lái)使用了。其引腳分配如下：：RXD, 串行通信輸入。：INT0,外部中斷 0 輸入。：T0 ，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器 0 輸入。：WR, 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫(xiě)入信號(hào)。 模塊原理圖圖 單片機(jī)模塊原理圖AT89S52[5]是整個(gè)系統(tǒng)中微型處理器，此芯片負(fù)責(zé)控制 AD7896 進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換，接收 AD7896 的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，AD 轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)處理，控制 nRF24l01，將數(shù)據(jù)傳送給 nRF24L01，控制 LCD1602 進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生 AT89S51 單片機(jī)工作時(shí)所必需的時(shí)鐘信號(hào)。這里我們選用 的晶振，由于當(dāng)晶體振蕩器振蕩頻率在 1M 到 12M 之間取值時(shí)，兩個(gè)微調(diào)電容的典型取值通常選擇在 22pF 左右。系統(tǒng)上電上電時(shí)，C1 兩端的電壓為零，在上電的瞬間我們可以看做一個(gè)交流信號(hào)穿過(guò)電容 C1，使得電容 C1負(fù)端的電壓為高，單片機(jī)復(fù)位，經(jīng)過(guò) 4—5 個(gè) τ 后，C1 兩端的電壓約為零。 溫度采集與放大模塊 AD590 簡(jiǎn)介AD590[6]是一個(gè)將輸出電流比例轉(zhuǎn)換成絕對(duì)溫度的二終端集成電路溫度變換裝置。芯片的薄膜電阻器的激光微調(diào)裝置被用于將設(shè)備微調(diào)至在 (+25176。AD590 的引腳圖和電路符號(hào)如圖 和圖。C+150 176。176。176。其基本電路如圖 所示。其中VV 2 起恒流作用，可用于使左右兩支路的集電極電流 I1 和 I2 相等；V V 4是感溫用的晶體管，兩個(gè)管的材質(zhì)和工藝完全相同，但 V3 管的發(fā)射面積是 V4管的 8 倍，即 r=8，流過(guò)電路的總電流 I： be12IlnqUKTR???A當(dāng)式中 R 和 r 為固定值時(shí)，電路的輸出電流和溫度有良好的線性關(guān)系。通過(guò)調(diào)整理論溫度（例如：輸出電流）接近于實(shí)際溫度，這些因子在模式下被修正接近 1 uA/K。C ()內(nèi)，當(dāng)在 AD590 串聯(lián)一個(gè) 10K 的電阻，這 10K 的電阻由一個(gè)固定阻值的 的電阻和一個(gè) 1K 的可調(diào)電阻構(gòu)成，1K 的可調(diào)電阻主要是提高 10K 電阻的精度。接 CN1 跳線主要是為了調(diào)試的便利，斷開(kāi)跳線可以在中間接電流表測(cè)量 AD590的輸出電流。圖 溫度采集電路原理圖 放大電路圖 放大電路原理圖AD623 是基于改進(jìn)的傳統(tǒng)三運(yùn)放方案的儀表放大器 [4]，具有低輸入輸出失調(diào)電壓，絕對(duì)增益精確性，并且只需要一個(gè)外接電阻設(shè)置增益，使 AD623 成為同類(lèi)產(chǎn)品中中最通用的儀表放大器之一。每個(gè)放大器介入一個(gè)精確地 50KΩ 的反饋電阻以保證增益可編程。系統(tǒng)采用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓是 5V,溫度的測(cè)量范圍為 100℃，那么每攝氏度所對(duì)應(yīng)的最大的電壓是 (22)5Vmax=0/1?℃℃而信號(hào)采集到的信號(hào)電壓隨溫度的變化速率為 (23)inuA/K/m??℃為了最大提高系統(tǒng)精度，就讓輸入信號(hào)放大倍數(shù)設(shè)置為 (24)50mV/A1?℃ 倍℃又由于 AD623 的增益放大倍數(shù)可得 (25)Rg=()VK?故 (26)25??在圖中 25KΩ 的電阻由阻值固定的 20KΩ 的電阻 R4 和 10KΩ 的可調(diào)電阻R5 組成。AD623 的輸出端并聯(lián)電容主要是起濾波的作用，而 5V 的穩(wěn)壓管主要是起保護(hù)作用，由于運(yùn)放的供電電源是 9V，可能會(huì)由于某些原因（上電時(shí)沒(méi)有接上信號(hào)采集電路中的跳線而使得 AD623 的輸出電壓為 9V）使輸出端的電壓高于 5V,這是 5V 的穩(wěn)壓管就能方向擊穿是輸出端的電壓穩(wěn)定在 5V,從而保護(hù)單片機(jī)的輸入口。接到 AD623 的反相端。那為什么對(duì) AD590 采集到的電壓信號(hào)進(jìn)行調(diào)整呢？目的有三：其一，為了讓采集到的信號(hào)在模擬數(shù)值轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓范圍內(nèi)。而我們的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓是 5V,已經(jīng)超過(guò)了模數(shù)轉(zhuǎn)換器